蒙特卡罗方法研究集合种群动态

根据金堇蛱蝶的实际生活史和调查数据,以天为单位采用蒙特卡罗模拟方法仿真每个个体的发育、迁移、繁殖等随机行为. 从而获取集合种群及其各局域种群的动态变化,展示了局域种群的周转行为,得到了每年各斑块局域种群大小、占据率、被占据斑块数及相应的概率分布等信息. 计算结果表明该集合种群能够进入一个基本稳定的状态从而维持适当的种群规模并得以续存下去.我们还分析了斑块质量和所处地理位置对局域种群的影响. 提供了一种能够同时描述集合种群和局域种群动态的研究方法,为将来进一步研究各种影响集合种群动态的因素和制定保护策略等奠定了基础.     

三种空间现实集合种群模型的比较

介绍了适合于研究真实的集合种群动态的3种空间现实集合种群模型:关联函数模型、状态转移模型和模拟模型,简述了它们各自的建模过程,指出了3种模型各自的前提假设、应用时的局限性以及模型结果的优点和不足之处. 关联函数模型简单易用,适合于研究局域种群能够快速达到栖息地斑块承载力的处于随机灭绝-再殖平衡状态的集合种群;状态转移模型无需假设集合种群处于平衡状态,适合于研究拥有多年的局域种群灭绝和再殖数据的集合种群;模拟模型是与种群真实动态最为接近的能够同时描述集合种群及其各局域种群动态的模型,适合于研究对种群的生物背景知识非常了解且收集了大量数据的集合种群. 结合各模型的优缺点及适用范围,根据所研究对象的特点及掌握的数据,就可以选择出合适的模型来研究集合种群的动态.     

集合种群受生境破坏影响的新模型及其生态效应研究

从两物种竞争模型出发,提出了集合种群上3物种的食物网机制,构造了一个捕食者和两个猎物(似然竞争)受生境破坏影响的新模型;基于微分动力系统的数值模拟和网格模型的元胞自动机模拟,研究了生境破坏对集合种群动态的影响.结果发现:集合种群似然竞争模型系统对生境破坏非常敏感,生境破坏导致了更不稳定的动态,而且发现具有较小捕食者侵占率的猎物受生境破坏影响较大,进而表明了猎物对捕食者的敏感度与受生境破坏的影响之间存在负藕联关系;适当的生境破坏有利于劣势物种的生存;捕食者通过猎物受到生境破坏的间接影响,而且在生境破坏生态过程中捕食者是脆弱的.该研究结果为物种续存和生物多样性保护提供了理论依据.     

循环竞争引起的集合种群时空波

在集合种群框架下研究了循环竞争关系.基于Tilman的多物种竞争模型和均匀场假设,建立了三物种循环竞争的Lavins型集合种群模型.在局部扩散的假设下,依据马尔科夫过程理论建立了概率转移模型.解析分析和计算机模拟的结果表明Lavins型模型表现出阶段性平衡动态,即特定的时刻只有一个物种在群落中占有绝对数量,但很快就被它的优势物种取代,这样三物种轮流处于优势地位;概率转移模型却呈现出在时间和空间上的混沌动态行为,模拟结果表现为一种螺旋生物波;这说明局部扩散可以弱化竞争引起的种群振荡,引起空间分布的异质性,同时表明Lavins型集合种群模型可能低估了物种共存的条件.     

生境破坏的空间结构对集合种群动态的影响

构建任意生境破坏结构下集合种群动态的元胞自动机模型,研究生境破坏的空间结构对集合种群全局密度及局部密度的影响.该模型不仅包括了生境破坏的空间结构,而且能够描述集合种群的空间分布模式.模型结果表明:生境破坏的空间结构复杂地影响着集合种群的全局密度和局部密度;生境破坏的混合分布增大了集合种群灭绝的风险;生境破坏的聚集分布降低了集合种群灭绝的风险.在生境破坏比例较小或较大时,集合种群全局密度和局部密度随生境破坏比例的增加而加大,随生境破坏聚集度的增加而减小,且生境破坏比例对集合种群动态的影响要大于生境破坏聚集度的影响.但在特定的情况下,即生境破坏比例在55%左右时,生境聚集度的增加可能会使集合种群的全局密度和局部密度都减小.此外,发现集合种群的局部密度存在一个阈值,当集合种群局部密度低于此值时,集合种群将无法续存.这意味着在生物保护中不能仅仅考虑生境的恢复、斑块的质量,还需要考虑生境破坏的空间结构和被保护物种的局部密度.     

空间结构下性比率的稳定机制研究

分别利用基于个体的斑块占据模型（ IBM）和偶对近似方法（ PA）构造了一个空间结构下的两性集合种群模型,通过计算机仿真和数值模拟,研究了空间结构对性比率的稳定性的影响。结果表明：空间结构下由于Allee 效应的强作用,两性种群只有性比率维持稳定在1∶1附近时种群才能够续存;偶对近似方法可以很好的反映出元胞自动机的研究结果,这对进一步研究空间结构下两性集合种群的时空动态提供了有效的理论工具。     

大小结构自相食种群模型中的多平衡态及其稳定性

利用隐函数定理、分岔理论和数值模拟方法讨论了一个大小结构自相食种群模型中多平衡态的存在性及其稳定性,并运用摄动方法证实了在分岔点附近正平衡态的稳定性与其所在分支的方向之间的关系.通过分析动态模型的渐近性质,进一步讨论了自相食行为对大小结构种群动态的影响.     

栖息地破坏空间模式对集合种群动态的影响

利用元胞自动机模型,研究了栖息地破坏空间模式对集合种群动态的影响.结果表明:在破坏聚集度一定的情况下,栖息地面积的减少不利于强竞争物种的续存;在栖息地面积一定的情况下,栖息地破坏聚集度的增大有利于强竞争物种的续存;栖息地破坏比例对集合种群动态的影响更大,但栖息地破坏聚集度对集合种群物种多样性指数的影响更显著.在实际的生物保护中,可根据被保护的物种及其所在集合种群结构选择更加合理的土地开发、利用模式.     

破碎化生境对食物网中疾病传播动态的影响

生境破碎化已被证实是影响种群动态和食物网中物种共存的重要因素之一,同时疾病的传播对于种群动态的调节也具有非常重要的作用。文章基于集合种群模型,针对3种不同的资源-宿主/食饵-寄生-捕食者食物网结构,探讨了破碎化生境下物种共存模式与种群动态。模拟结果显示,不同营养级物种对生境破坏有不同程度的响应,营养级越高的物种对生境破碎化越敏感。此外,物种的扩散范围以及捕食者种群对食饵的偏好都会影响物种的续存。该结果在一定程度上丰富了宿主-寄生理论,对疾病的控制和物种保护提供了生态学理论依据。     

关联色噪声对集合种群稳定性和平均灭绝时间的影响

基于Levins模型的研究基础上,大量研究者对“集合种群”稳定性方面的问题进行了探讨,但是之前的大多数研究都局限于确定性Levins模型,或者只是单纯地在系统中加入理想的白噪声.本文根据经典的存在生境破坏的集合种群模型,分析了具有相同关联时间的色关联高斯色噪声对集合种群稳定性的影响,根据统一色噪声近似的方法,推导出集合种群模型的近似福克－普朗克方程(AFPE),在稳态情况下,得到系统稳态概率分布函数(SPDF)的解析解.应用最速下降法,得到系统的平均灭绝时间(MFPT)的解析表达式.对计算结果进行数值分析,最终的图像分析表明：(1)加性噪声强度D的增加导致Levins模型中集合种群稳定性被弱化,而乘性噪声强度Q的增加对Levins模型中集合种群的稳定性会产生不利影响;(2)τ的增加使集合种群的稳定性得到强化;(3)噪声正关联时(0<λ<1),|λ|的增大会增加集合种群的稳定性;而负关联时(－1<λ<0),|λ|的增大却会使集合种群的稳定性弱化;(4)平均灭绝时间T(xs→x0)是Q的减函数,Q的增加会促使集合种群平均灭绝时间减小;(5)T(xs→x0)是τ的单调增函数,τ的增加延缓集合种群的灭绝.     

基于随机规划和遗传算法的虚拟企业风险管理

针对虚拟企业的风险因素具有随机性的特点,将随机风险因素描述为随机变量,提出了一个虚拟企业风险管理的随机规划模型.针对该模型设计了嵌入蒙特卡罗模拟的遗传算法,蒙特卡罗模拟是处理模型中随机变量的有效方法.仿真分析表明了该算法的有效性和该随机规划模型对于虚拟企业风险管理的重要作用.     

Pricing Stochastic Barrier Options under Hull-White Interest Rate Model

A barrier option valuation model with stochastic barrier which was regarded as the main feature of the model was developed under the Hull-White interest rate model.The purpose of this study was to deal with the stochastic barrier by means of partial differential equation methods and then derive the exact analytical solutions of the barrier options.Furthermore,a numerical example was given to show how to apply this model to pricing one structured product in realistic market.Therefore,this model can provide new insight for future research on structured products involving barrier options.     

随机期望值模型的适应值预测差分进化算法

随机期望值模型是一类有着广泛应用背景的随机规划问题．针对此问题，提出了一种基于适应值预测的差分进化算法，该算法主要是把适应值预测技术、随机模拟技术与差分进化算法结合．最后，通过实例仿真，数值结果表明所提出的算法是有效的和可行的．     

负荷随机扰动对电力系统电压稳定性的影响

对一个典型的电力系统动态模型进行了分析 ,在考虑了负荷随机性基础上 ,建立了随机扰动的电压稳定模型。通过对引入无功负荷随机扰动项的系统进行数值仿真和理论分析 ,提出了负荷随机效应引起的电力系统电压失稳新的模式——当系统处于负荷水平比较紧张情况下 ,负荷的小幅波动的正向累积 ,会使得系统电压突然失稳 ,在电压骤降的同时发电机端相角基本维持恒定。此外 ,还给出了数值仿真结果理论上的解释 ,表明了仿真结果的合理性。     

水资源系统不确定性决策机会约束模型法

针对多属性不确定性决策问题，提出了可用于研究方案排序的机会约束模型法。该方法既可恰当处理多属性区间值的不同随机分布假设，又可考虑决策者对综合评价值的期望水平，避免了对复杂的综合评价值随机分布的简单化处理，对于复杂的多随机变量机会约束模型，使用基于随机模拟的遗传算法可以有效地获得问题的解，且最终方案排序合理。     

生态位构建通过修复破坏生境对集合种群动态的影响

基于具有生境破碎作用下的集合种群模型，建立了存均匀场假设下的微分方程模型，充分探讨了具有生态位构建效应的有机体活动对破碎斑块修复产生的生态结果．通过稳定性分析与元胞自动机方法模拟表明：集合种群的续存条件不仪依赖于侵占力与灭绝率之间的平衡，而且也包括集合种群的生态位构建能力与生境自然消耗率之间的平衡；当灭绝率大于侵占率时，集合种群也可以在低水平上续存，并且在该过程中集合种群依赖于两个阈值条件，分别是生态位构建能力和集合种群的初始状态．集合种群的大小与其生态位构建能力成正比，即构建能力强者，集合种群数量相应增加．因此，对环境具有较强的正效应的有机体或种群在维护牛境的有效性中起重要作用．     

水污染控制系统问题的随机机会约束规划模型及其混合智能算法

在水流量为随机变量且河流中工业污水含量标准给定的条件下,以极小化污水处理费用为目标,建立了水污染控制系统问题的随机机会约束规划模型.鉴于传统方法求解随机规划较为困难,给出了一个将随机模拟、神经元网络及遗传算法相结合的混合智能算法来求解该模型,并用算例进行了验证,结果表明该算法有较强的适应性.